如何使用商业级实验室设备测量超低偏置电流

[导读]在要求低漏电流的应用中，请务必选择低输入偏置电流(IB)的运算放大器。尽管“应用笔记AN-1373”中曾介绍了如何使用ADA4530-1评估板测量超低偏置电流。然而，由于飞安(fA)级电流的实际处理性质，测量环境(夹具、屏蔽、电缆、连接器等设备)也会影响测量结果。

问题：

有没有一种简单的办法来测量飞安级别的超低偏置电流?

如何使用商业级实验室设备测量超低偏置电流

答案：

有——只需要仔细设置。

简介

在要求低漏电流的应用中，请务必选择低输入偏置电流(IB)的运算放大器。尽管“应用笔记AN-1373”中曾介绍了如何使用ADA4530-1评估板测量超低偏置电流。然而，由于飞安(fA)级电流的实际处理性质，测量环境(夹具、屏蔽、电缆、连接器等设备)也会影响测量结果。

本文将介绍ADI如何尝试使用常见的商业级实验室设备、夹具和材料重现AN-1373中的测量过程，并提供一些替代方案来改进测量，最终测试的偏置电流将达到50fA。首先，测量用于测量偏置电流的输入电容(运放内部的等效共模输入电容)，以及125°C条件下给输入电容充电时输出电压的变化。其次，尝试根据测得的输出电压推导偏置电流值。最后，将尝试根据测量结果来改进测量环境。

容性集成测量

根据AN-1373，为了使用容性集成测量方法，必须先测量ADA4530-1的输入电容(Cp)。本次实验将使用ADA4530-1R-EBZ-BUF来执行，ADA4530-1配置为单位增益的缓冲器模式。

接着，计算输入电流(IB+)。具体来说，使用图1所示的电路配置，当测试盒中的SW从ON(接地至GND)转到OFF(开路)时，IB+流入Cp。当IB+给Cp充电时，输出电压升高，因此通过监控IB+并将其代入等式1，可以计算其值。

如何使用商业级实验室设备测量超低偏置电流

通过输入串联电阻测量总输入电容

为计算Cp，本实验使用串联电阻法。图2显示了一个简单的电路示意图。串联电阻的值基于AN-1373第6页的测量指南，实际值是Rs = 8.68 MΩ。此外，在测试盒中安装了SW，以供稍后的实验使用(此时，SW开路)。

可以测量函数发生器的波形衰减到-3dB时的频率，并且可以使用等式2计算输入电容。

如何使用商业级实验室设备测量超低偏置电流

图3显示了这一设置。在“通过已知输入电容测量IB+”部分(AN-1373的第6页)描述的实验中，由于温控室中的温度提高至125°C，因此需使用能够承受该温度的材料。如将RG-316U用作同轴电缆的材料。此外，评估板上ADA4530-1的同相输入是三轴连接器。为此，三轴-同轴转换连接器(Axis公司的BJ-TXP-1)被采用。在该配置中，三轴侧的保护端口保持浮空。

获得的测量结果是Cp = 73.6pF，这是一个相对较大的值，因为根据AN-1373，实际测量值约为2pF。其原因与测试盒(更像是测试板)到同相输入的电缆长度有关。

通过已知输入电容测量IB+

下面开始测量偏置电流。电路配置如图1所示，安装的测试盒如图4所示。注意，移除了“通过输入串联电阻测量总输入电容”部分使用的输入电阻。如AN-1373(容性集成测量方法，第7页)中所述，将SW短接至GND，然后将其置于开路，并使用数字万用表(DMM)监控输出电压波动持续数分钟(此处使用的是Keysight Technologies的34401A DMM)。最后，通过将VOUT代入等式1，计算IB+。

相同条件下的三次测量结果如图5所示。图中下半部分显示了通过DMM测量的ADA4530-1的输出电压波动，上半部分显示了使用等式1计算的电流值。该图显示，对于所有三个实例，测得的电压值都没有可重复性。因此，计算得到的电流值波形也与AN-1373中描述的结果不同(参见AN-1373图13和14)。

如何改进测量环境

In the section “Capacitive Integration Measurement,” we measured IB+ based on the AN-1373, but the results differed. In this section, we share the steps to improve the measurement environment and thus, the accuracy of the measurements.

在“容性集成测量”部分，根据AN-1373测量了IB+，但结果有所不同。接下来会分享如何改进测量环境，从而提高测量精度。

安装屏蔽盒并缩短输入电缆

首先，可实施以下两项改进：

u 在恒温室内的评估板上安装了屏蔽盒(参见图6)。

u 缩短了连接到同相输入端子的同轴电缆，以减小Cp(参见图7)。